Sistemi di ancoraggio per convertitori di energia da onda galleggianti

Il presente lavoro presenta una analisi di sensitivit�� sui parametri progettuali pi�� significativi per i sistemi di ancoraggio di dispositivi di produzione di energia del mare di tipo galleggiante, comunemente conosciuti come Floating Wave Energy Converters (F-WEC). I convertitori di questo tipo sono installati offshore e possono basarsi su diversi principi di funzionamento per la produzione di energia: lo sfruttamento del moto oscillatorio dell���onda (chiamati Wave Active Bodies, gran parte di convertitori appartengono la tecnologia di questo tipo), la tracimazione delle onde (Overtopping Devices), o il principio della colonna d���acqua oscillante (Oscillating Water Columns). La scelta del luogo di installazione dei tali dispositivi implica una adeguata progettazione del sistema di ancoraggio che ha lo scopo di mantenere il dispositivo in un intorno sufficientemente piccolo del punto dove �� stato originariamente collocato. Allo stesso tempo, dovrebbero considerarsi come elemento integrato del sistema da progettare al fine di aumentare l���efficienza d���estrazione della potenza d���onda. Le problematiche principali relativi ai sistemi di ancoraggio sono: la resistenza del sistema (affidabilit��, fatica) e l���economicit��. Le due problematiche sono legate tra di loro in quanto dall���aumento del resistenza dipende l���aumento della complessit�� del sistema di ancoraggio (aumentano il numero delle linee, si utilizzano diametri maggiori, aumenta il peso per unit�� di lunghezza per ogni linea, ecc.). E��� per�� chiaro che sistemi pi�� affidabili consentirebbero di abbassare i costi di produzione e renderebbero certamente pi�� competitiva l���energia da onda sul mercato energetico. I dispositivi individuali richiedono approcci progettuali diversi e l���economia di un sistema di ormeggio �� strettamente legata al design del dispositivo stesso. Esistono, ad oggi, una serie di installazioni a scala quasi di prototipo di sistemi WEC che hanno fallito a causa del collasso per proprio sistema di ancoraggio, attirando cos�� l���attenzione sul problema di una progettazione efficiente, affidabile e sicura.

Energy harvesting da trasduttori piezoelettrici mediante estrazione di carica quasi-sincrona

In questo documento �� stata proposta una soluzione per l'estrazione di carica da un trasduttore piezoelettrico mediante un circuito di conversione quasi-sincrono. Il trasduttore piezoelettrico pu�� essere considerato un ottimo dispositivo per convertire l���energia derivante dalle vibrazioni; la soluzione proposta di estrazione di carica in maniera quasi-sincrona permette un processo di energy harvesting con prestazioni nettamente migliori rispetto al caso di conversione sincrona per casi di trasduttori fortemente accoppiati.

Progetto di un convertitore flyback sincrono per applicazioni di energy harvesting piezoelettrico

In questo elaborato �� stata trattata la caratterizzazione tramite simulazioni e prove in laboratorio di un circuito in grado di estrarre e accumulare energia elettrica, la quale viene generata da vibrazioni meccaniche tramite l'uso di dispositivi piezoelettrici. Partendo da una tipologia di circuito gi�� esistente �� stata studiata una variante nel sistema di conversione dell'energia, in questo caso il convertitore implementato �� un convertitore di tipo flyback. Dopo aver studiato il circuito in dettaglio, �� stata realizzata una prima simulazione circuitale mediante software Ltspice. Sono stati quindi analizzati gli andamenti delle tensioni di uscita e di ingresso durante il processo di carica della capacit��, applicando in ingresso differenti tensioni. Infine i dati ottenuti sono stati elaborati in un foglio elettronico per poter ricavare l'andamento del rendimento.

Realizzazione e verifica sperimentale del sistema di controllo di convertitori elettronici di potenza per l'interfacciamento con la rete elettrica

In questo lavoro di tesi �� stato realizzato lo schema di controllo di un raddrizzatore attivo e di un filtro attivo. Questi sono stati realizzati utilizzando il software Simulink, effettuando una prima fase di simulazione. Tramite il sistema dSpace �� stato possibile poi controllare concretamente il convertitore ed effettuare le prove sperimentali.

Impiego di regolatori ripetitivi per il controllo di convertitori elettronici di potenza per l'interfacciamento con la rete elettrica

L���obiettivo di tesi consiste nel valutare il funzionamento di regolatori ripetitivi per il controllo di un inverter utilizzato come filtro attivo al fine di eliminare le armoniche di corrente prodotte da un carico distorcente trifase connesso in rete. �� descritto lo schema di simulazione realizzato in ambiente Simulink di Matlab per poter individuare una possibile implementazione del controllo. �� descritta l���attivit�� di prototipazione rapida svolta mediante il sistema dSPACE per poter verificare sperimentalmente il funzionamento del controllo con regolatore ripetitivo su un modello di impianto reale costituito da inverter, carico distorcente e rete.

Valutazioni energetiche per circuiti di energy harvesting da linee elettriche

viene stimata la fattibilit�� di sistemi di energy harvesting dedicati alle linee elettriche con particolare riferimento a modelli capacitivi e vengono analizzati energeticamente due soluzioni circuitali per alimentare un carico.

Energy harvesting from piezoelectric devices embedded in a 3D printed wing

This thesis work has been carried out at Clarkson University in Potsdam NY, USA and involved the design of a low elongation wing, consisting of parts made by polylactide (PLA) using the fused deposition model (FDM) technology of Rapid Prototyping, then assembled together in a thin aluminum spar. The aim of the research is to evaluate the feasibility of collecting electrical energy by converting mechanical energy from the vibration of the wing flutter. With this aim piezoelectric stripes were glued in the inner part of the wing, as well as on the aluminum spar, as monomorphic configuration. During the phases of the project, particular attention was given to the geometry and the materials used, in order to trigger the flutter for low flow velocity. The CAD software SolidWorks�� was used for the design of the wing and then the drawings were sent to the Clarkson machine shop in order to to produce the parts required by the wing assembly. FEM simulations were performed, using software MSC NASTRAN/PATRAN��, to evaluate the stiffness of the whole wing as well as the natural vibration modes of the structure. These data, in a first approximation, were used to predict the flutter speed. Finally, experimental tests in the Clarkson wind tunnel facility were carried out in order to validate the results obtained from FEM analysis. The power collected by the piezoelectrics under flutter condition was addressed by tuning the resistors downstream the electronic circuit of the piezoelectrics.

Electrically tunable piezoelectric bimorph cantilever for energy harvesting

Con la presente tesi viene esaminato un metodo per modificare la frequenza di risonanza di trasduttori piezoelettrici mediante applicazione di carichi elettrici esterni. L'elaborato inizia con la presentazione dei cristalli utilizzati nel lavoro di tesi, concentrandosi sul processo di fabbricazione di un bimorph cantilever impiegato come convertitore elettromeccanico di energia, la cui frequenza di risonanza �� modellizzata analiticamente mediante la legge di Newton e il modello di Euler-Bernoulli. Su tale struttura vengono condotte misure mediante shaker elettrodinamico e analizzatore d'impedenza, ai fini di giusticare il modello analitico presentato. Con lo scopo di sincronizzare la frequenza di risonanza del cantilever con la vibrazione dell'ambiente per massimizzare la potenza disponibile, viene proposto un algoritmo MPPT secondo l'approccio Perturba e Osserva (P&O), al quale �� fornita in ingresso la tensione efficace di un layer di materiale piezoelettrico. Valutare la sua risposta in tensione, presenta dei limiti applicativi che hanno portato a prendere in considerazione un approccio totalmente diff���erente, basato sullo sfasamento tra la tensione di un trasduttore piezoelettrico e il segnale di accelerazione impiegato come eccitazione. Misure sperimentali sono state condotte con l'obiettivo di validare l'efficacia di quest'ultimo approccio qualora si voglia sincronizzare la frequenza di risonanza dei piezo con segnali di vibrazione reali.

Misure di rumore flicker e affidabilita nei dispositivi mosfet di potenza

L'attivit�� di tesi consiste sia nella calibrazione di un banco di misura per analisi di rumore a basse frequenze nei dispositivi MOSFET di potenza, sia nella valutazione dei relativi e successivi dati sperimentali (con particolare attenzione anche ai processi di stress e recupero applicati ai dispositivi).

Progetto di un sistema per la trasmissione wireless di potenza in campo vicino a dispositivi impiantabili

I dispositivi impiantabili stanno acquisendo grande importanza nell���ambito delle applicazioni biomedicali, ci�� �� dovuto principalmente alla loro attitudine nell���adempiere funzioni di stimolazione, monitoraggio su organi interni e di comunicazione di segnali vitali al mondo esterno. La comunit�� scientifica, in particolare, concentra la sua attenzione sulle tecniche di alimentazione di tali dispositivi. Le batterie al litio hanno rappresentato, fino a qualche tempo fa, la sorgente di alimentazione primaria. Il bisogno crescente di minimizzare le dimensioni di questi dispositivi e migliorare la qualit�� di vita del paziente (evitare successive operazioni chirurgiche, rischi e infezioni a causa dei cavi percutanei), ha spinto nella ricerca di nuove soluzioni. Una di queste �� rappresentata dalla Wireless Power Transfer (WPT). In questo lavoro di tesi, �� stato proposto un sistema di alimentazione wireless transcutaneo. Il sistema sfrutta il principio dell���accoppiamento induttivo risonante, che consiste nella trasmissione di energia in campo vicino tra due risuonatori magneticamente accoppiati. Al fine di acquisire la massima efficienza, sono state effettuate operazioni di ottimizzazione geometrica sul trasmettitore e di adattamento sul modello circuitale. I software CST e LTspice hanno reso possibile le simulazioni sul sistema dal punto di vista elettromagnetico e circuitale. Gli sviluppi futuri prevedono di convalidare i risultati ottenuti realizzando prove ���in vitro���.

Implementazione di un sistema di controllo atto a ottimizzare l���efficienza di convertitori DC-DC impiegati in ambito Automotive e realizzati con tecnologia GaN

Lo scopo del presente progetto di ricerca �� quello di dimostrare quelli che potrebbero essere i miglioramenti nell���adottare tecnologie GaN nei convertitori di potenza, soffermandosi sull���ambito Automotive. Si �� dunque progettato, simulato ed infine analizzato un sistema di conversione bidirezionale DC-DC. Le prestazioni ottime sono state poi raggiunte attraverso l���introduzione di un sistema di controllo in grado di garantire, in ogni condizione, il miglior funzionamento possibile che garantisca il soddisfacimento delle richieste da parte del veicolo. Questo consentir�� quindi di gestire il funzionamento del convertitore sia nelle fasi di scarica che in quelle di rigenerazione (regenerative braking). Al convertitore, �� stato introdotto anche un controllo adattivo per la ricerca del dead-time ottimo dei segnali di pilotaggio dei transistor.

Analisi e simulazione di un convertitore a tre livelli per applicazioni di potenza

La tesi presenta l'analisi del funzionamento di un inverter a tre livelli di tipo diode-clamped, confrontando tra loro varie tecniche di modulazione e valutandone l'efficienza (per ulteriori informazioni contattare matteo.toffano@gmail.com).

Analisi e ottimizzazione termodinamica del sistema di generazione di potenza di un impianto solare a concentrazione ibrido

Impianto solare termodinamico a concentrazione per la produzione di energia elettrica.